JP6816407B2 - 有機el素子、ならびに、当該有機el素子を含む照明装置、面状光源、および表示装置 - Google Patents
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Description
W2h ≦ W2w/2 (式2)
の関係を満たしてもよい。また、H2aが50nmから400nmであることが好ましい。さらに、W2wが400nmから3000nmの範囲であることが好ましい。また、H2a/W2wが、1/4から1/10の範囲であることが好ましい。
まず、本発明の第1の実施形態の有機EL素子について説明する。
光透過性基板102は、所定の光(好ましくは可視領域の光)を透過する板状部材である。その材料は、ガラス、プラスチックなどの従来から有機EL素子に利用されているものであれば特に限定されない。光透過性基板102は、ガラス板、ポリマーから構成される基板、樹脂フィルムなどであることが好ましい。
バリア層402は、本発明の有機EL素子の任意選択的な構成要素である。バリア層は、無機物または有機物の被膜、またはその両者を含むハイブリッド被膜であってもよい。バリア層は、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定される水蒸気透過度(25±0.5℃、90±2%RH)が0.01g/(m2・24h)以下であるバリア特性を有することが好ましい。さらに、バリア層402は、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定される、1.0×10-3cm3/(m2・24h・atm)以下の酸素透過度、および1.0×10-3g/(m2・24h)以下の水蒸気透過度を有することが好ましい。より好ましくは、バリア層402は、1.0×10-5g/(m2・24h)以下の水蒸気透過度を有する。
構造層104は、第1電極106側の面に、第1電極106の方向に向けて複数の凹部202を有する(たとえば、図2参照)。また、複数の凹部202の隣接した凹部の間には、山部204が存在する。凹部202および山部204は、構造層104の上に積層される第1電極106、機能層108および第2電極110へ、それぞれの形状が転写され、それぞれの層においてその形状が維持される。
以下、第1電極106および第2電極110について説明する。ここでは、第1電極106が陽極、第2電極110が陰極であるものとして説明する。ただし、本発明は、これらの例に限定されない。
第1電極106を陽極として用いる場合、第1電極106を形成するための材料には、たとえば、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物、またはこれらの混合物が好適である。陽極の材料は、たとえば、アンチモン、フッ素などをドープ(添加)した酸化スズ(ATO、FTO)、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、ITO、酸化亜鉛インジウム(IZO)などの導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケルなどの金属、これらの金属と導電性金属酸化物との混合物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料などを含む。陽極は積層体であってもよい。たとえば、陽極は、上記材料からなる層の積層体であってもよい。本発明では、導電性金属酸化物を用いて陽極を形成すること好ましい。生産性、高導電性、透明性などの点から、ITOを用いて陽極を形成することが特に好ましい。
第2電極110には、上述したとおり、構造層104の形状が転写される。構造層104の凹部202および山部204から転写された、第2電極110の凸部206および谷部208の形状は、第2電極110の光透過性基板102側の面および反対側面の両面に形成されうる。また、構造層104の形状が第2電極110で維持される限り、第2電極110の凸部206および谷部208の形状は、第2電極110の基板側の面にのみ形成されてもよい。
機能層108は、第1電極106と第2電極110との間に設けられ、発光層を含む。第1電極106、機能層108および第2電極110は、様々な積層構造をとることができる。
b)陽極/正孔注入層/発光層/陰極
c)陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極
d)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極
e)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
f)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
g)陽極/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
h)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
i)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
j)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
k)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
l)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
m)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
n)陽極/発光層/電子注入層/陰極
o)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
p)陽極/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
発光層は、電極、注入層、または輸送層から移動してくる電子と正孔(ホール)とが再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であってもよく、発光層と隣接層との界面であってもよい。
注入層は、駆動電圧の低下、発光輝度向上などのために、必要に応じて電極と発光層との間に設けられる層である。注入層は、正孔注入層(陽極バッファー層)と、電子注入層(陰極バッファー層)とを含む。
阻止層は、有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられる層である。阻止層は、正孔阻止層と、電子阻止層とを含む。
輸送層は、正孔または電子の輸送のために、必要に応じて設けられる層である。輸送層は、正孔輸送層と、電子輸送層とを含む。
正孔輸送層は、正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなる。上述した正孔注入層、電子阻止層は、広い意味で正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は、単層であってもよいし、複数層の積層構造であってもよい。
電子輸送層は、電子を輸送する機能を有する電子輸送材料からなる。上述した電子注入層、正孔阻止層は、広い意味で電子輸送層に含まれる。電子輸送層は、単層であってもよいし、複数層の積層構造であってもよい。電子輸送層は、発光層の陰極側に隣接するように設けられる。
任意選択的に、光透過性基板102の構造層104を設ける面とは反対側の面には、光散乱あるいは集光層として光取出しレンズ層310を設けてもよい(図3および図4参照)。光取出しレンズ層310は、光透過性を有する光透過性層304と、光透過性層304の表面に設けられたレンズ層302とを備える。レンズ層302は、光透過性層304の表面をマイクロレンズアレイ状に成形したものであってもよい。あるいはまた、いわゆる集光シートをレンズ層302として用いてもよい。このような光取出しレンズ層310によって、特定方向、たとえば、有機EL素子の光取出し方向(図1の112の方向)に集光して、特定方向の輝度を高めることができる。
有機EL素子100の表示領域は、封止部材によって覆われることが好ましい。たとえば、封止部材と電極および/または支持基板とを接着剤で接着して、表示領域の封止を実施してもよい。
本発明は、上記有機EL素子の製造方法を包含する。この製造方法は、
(A)光透過性基板102を準備する工程と、
(B)光透過性基板102上に構造層104を形成する工程と、
(C)構造層104上に第1電極106を形成する工程と、
(D)第1電極106上に機能層108を形成する工程と、
(E)機能層108上に第2電極110を形成する工程であって、第2電極110は、少なくとも光透過性基板102の方向に、周囲を谷部で囲まれた複数の凸部を有し、前記凸部の頂点間の距離が5μm以下である工程と
を少なくとも含む
本発明の有機EL素子は照明装置および面状光源の一部として用いることができる。たとえば光の出射側から、光透過性基板、陽極、機能層、陰極、吸湿部材および封止部材を含む照明装置であれば、光透過性基板から陰極までの部分に、本発明の有機EL素子を使用できる。より具体的には、本発明の照明装置の例は、たとえば、図11に示すように、光の出射側から、光透過性基板102、構造層104、第1電極(陽極)106、機能層108、第2電極(陰極)110、吸湿部材(デシカント)1202および封止部材1204を含む。本発明の上記有機EL素子100は、光透過性基板102から第2電極110までの構成に対応する。また、面状光源も、照明装置と同様の構成とすることができる。このような照明装置および面状光源の製造は、上記有機EL素子の製造に従って行うことができる。
本発明の有機EL素子は、カラーディスプレイなどの表示装置の一部に使用することができる。たとえば、装置の表示側から、カラーフィルターガラス基板(ガラス基板およびカラーフィルター層を含む)、保護層、陽極、白色有機EL発光層を含む有機層および陰極を含む表示装置を挙げることができる。本発明の表示装置では、陰極部は、シリコン駆動基板などの駆動部分を含んでいてもよい。
まず、光透過性基板102、構造層104および光透過性を有する第1電極106がこの順に積層された光取出し基板120を作製した。30mm×40mmの寸法および0.7mmの厚さを有する無アルカリガラス板を洗浄した、光透過性基板102を準備した。
凹部の見かけ上の深さD1aが190nmであり、凹部の全凹幅W1wが1000nmであり、かつ凹幅W1hが500nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
凹部の見かけ上の深さD1aが380nmであり、凹部の全凹幅W1wが2000nmであり、かつ凹幅W1hが1000nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
凹部の見かけ上の深さD1aが50nmであり、凹部の全凹幅W1wが400nmであり、かつ凹幅W1hが150nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
凹部の見かけ上の深さD1aが300nmであり、凹部の全凹幅W1wが3000nmであり、かつ凹幅W1hが1000nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
凹部の見かけ上の深さD1aが100nmであり、凹部の全凹幅W1wが400nmであり、かつ凹幅W1hが180nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
凸部の見かけ上の深さD1aが400nmであり、凹部の全凹幅W1wが2500nmであり、かつ凹幅W1hが1200nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
光透過性基板102上に形成した樹脂層の表面に、微細な凸形状のパターンを有するフィルム板を押し付けずにUV光(150mJ/cm2)を照射して、平坦な上表面を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
凹部の見かけ上の深さD1aが150nmであり、凹部の全凹幅W1wが500nmであり、かつ凹幅W1hが260nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
凹部の見かけ上の深さD1aが90nmであり、凹部の全凹幅W1wが350nmであり、かつ凹幅W1hが100nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
凹部の見かけ上の深さD1aが30nmであり、凹部の全凹幅W1wが500nmであり、かつ凹幅W1hが260nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
凹部の見かけ上の深さD1aが500nmであり、凹部の全凹幅W1wが1000nmであり、かつ凹幅W1hが400nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
凹部の見かけ上の深さD1aが300nmであり、凹部の全凹幅W1wが4000nmであり、かつ凹幅W1hが2200nmである凹部を有する構造層104を形成したことを除いて、実施例1の手順を繰り返して、有機EL素子100を得た。
実施例1〜7および比較例1〜6の有機EL素子について、光の取出し効率の測定を行った。第1表に、実施例1〜7および比較例1〜6の有機EL素子における構造層104の構成の詳細と、光の取出し効率比およびショートの有無の評価の結果を示す。
これは:
(a)構造層104の全凹幅W1wに対して凹幅W1hが大きいために、凹部の斜面が光透過性基板102側に膨らんだ形状となったこと;および
(b)構造層104の全凹幅W1wに対して凹部の見かけ上の深さD1aが大きいこと
によると推定される。要因(a)は、第2電極110の凸部を、光透過性基板102側に膨らんだ形状とする。その結果、第2電極110の凸部に隣接する谷部の斜面が谷部の底点に向かって急峻になり、谷部の特に底点付近の空間が狭くなって、第2電極110表面における光の反射率が低下したと推定される。要因(b)は、第2電極110の全凸幅W2wに対する凸部の見かけ上の高さH2aを過剰に増大させる。その結果として、機能層108から第2電極110側に進んだ光のうち、第2電極110の谷部の底点付近に進んだ光の反射率が大きく低下したと推定される。
102 光透過性基板
104 構造層
104a 構造層の底辺
106 第1電極
108 機能層
110 第2電極
202 構造層の凹部
204 構造層の山部
206 第2電極の凸部
208 第2電極の谷部
302 集光レンズ層
304 光透過性層
310 光取出しレンズ層
402 バリア層
502、502a、502b、502c 構造層の凹部
710、712 山部の頂点
770、772 山部
810、812 規則的な配列を有する領域
902、902a、902b、902c 第2電極の凸部
904、904a、904b 第2電極の谷部
918、920 規則的な配列を有する領域
1010、1012 底点
1068 凸部902aの半値高さ
1080 第2電極の凸部の頂点
1202 吸湿部材
1204 封止部材
1302 カラーフィルター層
Claims (6)
- 光透過性基板、光透過性の構造層、光透過性の第1電極、発光層を含む機能層、および第2電極をこの順に含む有機EL素子であって、前記第2電極は、少なくとも前記光透過性基板の側に複数の凸部を有し、隣接する2つの凸部の頂点間の距離が5μm以下であり、前記複数の凸部のそれぞれは、見かけ上の高さH 2a 、前記見かけ上の高さH 2a の半値高さにおける凸幅W 2h 、前記見かけ上の高さH 2a における全凸幅W 2w を有し、W 2w およびW 2h が
W 2h ≦ W 2w /2 (式2)
の関係を満たし、H 2a が50nmから400nmまでの範囲内であり、W 2w が400nmから3000nmまでの範囲内であり、H 2a /W 2w が1/4から1/10までの範囲内である有機EL素子。 - 前記光透過性基板と前記構造層との間に、バリア層をさらに備える、請求項1に記載の有機EL素子。
- 前記光透過性基板の前記構造層が設けられた面とは反対側の面に、光取出しレンズ層をさらに備える、請求項1または2に記載の有機EL素子。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の有機EL素子を含む照明装置。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の有機EL素子を含む面状光源。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の有機EL素子を含む表示装置。
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